MACSV系统在600MW火电机组直接空冷系统中的应用
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【摘 要】介绍了ACC的功能是通过蒸汽与空气的热交换来冷凝汽轮机排汽，以维持汽轮机的低背压。并讨论了macsv在ACC中的应用。
【关键词】ACC；MACSV；背压
直接空冷系统亦称为ACC（Air Cooled Condencer）系统，它是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来冷凝。其工艺流程图如图1所示，其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管道引至室外的空冷凝汽器内，布置在空冷凝汽器下方的轴流冷却风机驱动空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝为凝结水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。它适合于我国西部煤炭资源比较丰富，水资源比较贫乏的地区。
图1 直接空冷系统工艺流程
基于防冻的要求，直接空冷系统一般需设置顺流凝汽器和逆流凝汽器。直接空冷系统中大部分的蒸汽在顺流凝汽器中被冷凝，剩余的小部分蒸汽再通过逆流凝汽器被冷凝。在逆流凝汽器中，由于蒸汽和凝结水的运动方向相反，凝结水不易冻结。在逆流凝汽器的顶部设有抽真空系统，可将系统内的空气和不凝结气体抽出。与其它空冷系统相比直接空冷系统的主要特点如下：
（1）冷却效率高。取消了二次换热所需要的中间冷却介质，而直接由空气冷却汽机排汽，换热温差大，冷却效率高。
（2）占地面积小。空冷凝汽器高位布置在汽机房A排外平台上，平台下仍可布置变压器等设备和建筑物。
（3）投资较省。
（4）系统调节灵活，冬季运行防冻性能好。可通过调整风机转速或风机数量来调节进风量，以适应热负荷及气温的变化并防止空冷器内部结冰。
（5）厂用电量高。采用大型风机群通风，耗厂用电高。
（6）检修维护工作量较大。
（7）运行时噪音大。
（8）真空系统容积大。
国华锦界能源公司位于陕西省东北端中低纬度内陆区域，属于中温带干旱半干旱大陆性季风区，该地区气候特点表现为冬季寒冷，时间长；夏季炎热，干燥多风，时间短；冬春干旱少雨雪，温差大。由于深居内陆，流域降水受东南沿海季风影响弱，故降水量少，且年内和年际变化均大，年内降水主要集中在7～9月，占总量的69%，尤其以8月最多，并多以暴雨形式出现，易造成洪灾。根据该地区的气候及地形特征以及空冷的技术要求，国华锦界能源公司通过直接空冷来实现凝结水的冷却是最优化、最可行的途径。
目前空冷电厂的冷却系统主要有三种方式，即直接空冷系统、表面式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。
国外在30年代末就开始研究电厂利用直接空冷技术，随着困扰直接空冷系统的大直径排汽管和大容积真空系统等问题的解决，直接空冷系统在大容量机组上的应用也得到了迅速的发展，到80年代末，国外己投运多台300～600MW的直接空冷机组的电厂，这些电厂投产以来运行良好，和同等容量的机组相比能节水70%以上。
（一）凝结水系统
凝结水系统设两台100%容量立式定速凝结水泵，三台低压加热器，一台轴封冷却器，一台内置式除氧器，一台300m3凝结水贮水箱，两台凝结水补充水泵和一台凝结水输送水泵，凝结水精处理采用中压系统。
除氧器为内置式除氧器，水箱有效容积为235m3，相当于约6分钟的锅炉最大给水量。
轴封冷却器出口凝结水管道上设有最小流量再循环系统至排汽装置。再循环最小流量取凝泵和轴封冷却器要求的最小流量较大者，以冷却机组启动及低负荷时轴封漏汽和门杆漏汽，满足凝结水泵低负荷运行的要求。
凝结水贮水箱所配凝结水输送泵，仅在机组启动时给系统充水。当机组正常运行时，通过两台凝结水补充水泵向排汽装置中凝结水箱补水，当凝结水箱水位升高时，通过凝结水管道上的放水管排入贮水箱，以保持凝结水箱水位。在凝结水箱补水管道上设有水位控制阀，用以调节凝结水箱水位。
排汽装置能接受主机排汽、本体疏水以外，还具有接受低压旁路排汽、高、低加事故疏水及除氧器溢流水的能力。其喉部内设置有7号低加和低压旁路的三级减温减压器。
在排汽装置下方设有凝结水箱，它一方面可以接受疏水扩容器的疏水和减温减压器的未汽化水，另一方面也可以作为承压载箱，对汽机起到一定的压载作用。
排汽装置两侧设疏水扩容器，排汽装置上设有低压旁路接口，排汽装置接有一个真空破坏阀，在机组出现紧急事故危及机组安全时，以达到破坏真空的需要。
空冷凝汽器抽真空系统：设有三台50%容量的机械真空泵，机组启动时，三台真空泵同时投入运行，以加快抽真空过程。正常运行时，两台运行，一台备用。
（二）电气部分
1. 空冷电气部分厂用电原理
每台机组分别设立4台空冷低压干式变压器，每两台变压器互为备用，每台变压器容量2500kVA。每台空冷变压器供电给1个半段380/220V空冷动力中心（PC）。每台机组设两个空冷动力中心，每段动力中心设两段母线，以联络开关连接。空冷部分电动机控制中心MCC电源由空冷动力中心提供。按照电动机容量的大小分别接至动力中心或电动机控制中心母线段上，即75kW及以上的低压电动机由PC供电，75kW以下的低压电动机由MCC供电。
空冷系统风机采用变频调速电机。
空冷系统的事故保安负荷由主厂房保安MCC供电。
2. 空冷厂用系统中性点接地方式
本工程空冷系统的400/230V低压变压器采用中性点采用直接接地的接地方式。
3. 直流系统的接线及布置
空冷系统的110V直流电源控制电源由主厂房直流系统供电，在空冷配电室设110V直流分屏。
4. 空冷系统厂用电源控制方式
本工程空冷系统采用分散控制系统（DCS）进行控制。空冷电气系统中，除已有要求的厂用电动机外，空冷低压配电变压器两侧的开关以及400V PC的备用电源开关也进入主厂房DCS控制。
5. 防雷与接地
空冷器上设置避雷针，与配电装置处避雷针形成联合保护。空冷器支架上避雷针引下线采取加强分流措施，并采取避雷针沿空冷柱设置多根接地引下线和装设独立接地装置；各个设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线等防止反击的措施。
空冷系统接地网设计原则为以水平接地体为主，辅以垂直接地体的人工复合接地网。水平接地体采用镀锌扁钢，垂直接地体采用镀锌扁钢经空冷器支柱引下与厂区接地网连接。
二、MACSV系统功能
国华锦界能源有限公司的空冷系统是采用我国和利时公司自主研发的MACSV控制系统，该系统是由若干不同类型的节点组成，把这些节点按照其作用的不同划分为不同类型的站。不同的站之间是通过计算机网络进行通讯的。这个系统主要由工程师站、操作员站和现场控制站组成，现场控制站中包括主控单元设备和I/O单元设备。其系统网络结构图如图2所示，控制系统由上下两个网络层次组成：监控网络和控制网络。上层监控网络主要用于工程师站、操作员站和现场控制站通讯连接；下层控制网络存在于各个现场控制站的内部，主要用于主控单元和智能I/O单元的通讯连接。
系统提供了完善，强大的组态、调试和监控功能，包括数据采集、开环控制、闭环控制、设备状态监视、报警服务、实时数据处理和显示、趋势服务、操作日志记录、事故追忆、图形显示、报表服务等功能。
本工程直接空冷系统的监测、调节与控制纳入机组DCS系统，在正常运行工况和特殊运行方式（启动、旁路运行、防冻措施和停机等）下，由机组DCS监视和控制空冷系统安全经济运行，并且满足不同季节条件下的汽轮机背压要求。
直接空冷系统控制的功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）。温度传感器位于抽真空管道上及凝结水疏水管道上用来监测及低温控制报警。
（一）数据采集（DAS）
直接空冷系统根据系统的构成，主要需要监视的参数包括格冷却单元的排气温度、环境温度，风机的运行状态及风机电流、风机的振动信号、风机的油系统信号，凝结水箱液位信号，汽轮机背压，空冷凝汽器顺逆流管束凝结水温度、疏水温度测量等。
1. DAS是机组安全运行的主要手段，要求具有高度的可靠性和实时响应能力。
2. 能够连续监视机组的各种运行参数，提供完整的报警信息，对任何报警均能给出具有报警点详细说明的CRT显示及报警打印。
3. 对所有输入信息进行处理，诸如标度、调制、检验、线性补偿、滤波、数字化处理及工程单位转换等。
4. 具有丰富的屏幕显示系统，能显示各种参数、表格、曲线、棒状图、趋势图和模拟图等画面及操作指导。
5. 能提供跳闸事件的顺序记录、指定参数的定时制表，趋势记录及事故追忆打印等。
6. 具有在线性能计算和经济分析功能，并在CRT上显示，在打印机上打印制表。
（二）模拟量控制系统
直接空冷系统主要的模拟量控制参数包括：汽轮机背压控制、空冷凝汽器出口凝结水量控制、空冷凝汽器凝结水箱水位控制。
1. 汽机背压控制
汽轮机背压，是空冷机组重要的控制参数，通过机组DCS将汽机背压控制在允许范围内。控制汽机背压，是在不同环境温度条件下，通过控制风机转速调节通过顺流冷却单元和逆流冷却单元的空气流量，从而达到控制汽轮机的背压的目的，确保汽机安全、经济运行。
目前，风机所配的驱动电机分双速电机和变频电机两种。双速电机一般分高速和低速两挡，运行时根据不同的汽机背压设定值，选择不同的转速和投入风机的数量；采用变频电机的风机，利用变频器可以实现风机转速的无级调速，具有当低负荷只有少量风机运行时，可以连续调节汽轮机的排汽压力，避免大的压力波动的优点，另外还具有节约厂用电，减少风机能耗的优点，但投资要高一些。
2. 空冷凝汽器出口凝结水量控制
通过在循环阀控制凝结水流量。
3. 空冷凝汽器凝结水箱水位控制
通过控制凝结水泵控制凝结水箱水位，并保证凝结水箱有足够的容量适应启动、变负荷及低负荷工况。
水环真空泵将不凝气以及与之伴随的部分蒸汽从分凝器管束的顶部抽出
（三）顺序控制系统（SCS）
本工程直接空冷系统作为一个顺控功能组在DCS中实现，完成空冷系统的启动、停止、低负荷运行以及防冻保护等运行过程。直接空冷系统顺序控制按组和子组及驱动级控制设计，一个子组项被定义为某个设备组，如：每组冷却风机及相关设备分别构成一个子组；SCS通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。对逻辑规律性不强，但需远方操作的辅机、阀门等也纳入SCS系统，只设驱动级控制。
直接空冷系统的保护主要包括汽轮机背压高跳机保护和空冷器的防冷冻保护，这些保护功能均由DCS系统实现，具体内容包括：
1. 运行过程中汽机背压设有高报警值、喷水值和跳机值。
2. 空冷凝汽器凝结水温度控制。如果某个冷却单元或管束排出凝结水的温度低于某个设定值，则这个单元或管束的风机就会自动的减速或停机，直至凝结水温度回升；如果系统设有隔离阀，则可根据不同的热容量要求，切除某个或某些冷却单元，以保证系统的最低热容量要求达到防冻的目的。
三、结语
空冷系统通过MACSV已完全实现了数据采集和处理、顺序控制、模拟量调节等功能，这些功能的实现，极大地方便了运行人员对辅机及相关设备的操作，有效地保证了机组在运行异常时，及时保护动作，调节回路的投入使得机组可靠安全的运行。国华锦界能源公司通过采用空冷技术节省了投资，提高了效率。但是空冷技术在我国的发展还没有走向完全成熟。还存在厂用电量高，检修维护工作量较大，运行时噪音大，真空系统容积大等技术上的问题。我们还要在不断的完善使得空冷技术能得到更广泛的引用。
参考文献
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作者简介：王小春（1981- ），男，工程师，陕西神木人，西安石油大学在读工程硕士。